Причини смертельних випадків від дії електричного струму

Причинами смерті від дії електричного струму можуть бути: припинення роботи серця; зупинка (параліч) дихання; електричний шок. Можлива дія одночасно двох або трьох причин.

Припинення серцевої діяльності від дії електричного струму найбільш небезпечна. Вплив струму на м’яз серця може бути прямим, коли струм протікає безпосередньо в області серця, і рефлекторним, тобто через центральну нервову систему, коли шлях струму лежить поза цією областю. В обох випадках може статися зупинення серця або його фібриляція.

Фібриляція серця – це хаотичний рух серцевих м’язів (фібрил) при яких серце не в стані рухати кров по судинах.

Припинення дихання відбувається внаслідок безпосереднього впливу струму на м’язи грудної клітки, що беруть участь у диханні. Людина відчуває утруднене дихання вже при дії струму 20-25 мА частотою f = 50 Гц. За тривалої дії струму настає асфіксія (нестача кисню та надлишок СО₂).

Електричний шок – своєрідна важка нервова рефлекторна реакція організму на ураження електричним струмом (розлади кровообігу, дихання, обміну речовин). Електричний шок умовно поділяється на три стадії: стадія збудження; гальмування або затухання всіх життєво важливих функцій; вихід із шокового стану або загибель.

Шоковий стан триває від декількох десятків хвилин до діб. Після цього може настати загибель людини внаслідок повного згасання життєвого важливих функцій, або одужання внаслідок своєчасного активного лікарського втручання.

1. Фактори, що впливають на наслідки ураження людини електричним струмом.

Чинники, що впливають на тяжкість ураження людини електричним струмом, поділяються на три групи: електричного характеру, неелектричного характеру і чинники виробничого середовища.

Основні чинники електричного характеру - це величина струму, що проходить крізь людину, напруга, під яку вона потрапляє, та опір її тіла, рід і частота струму

Величина сили струму що протікає через тіло людини, є вирішальним фактором, який визначає наслідок ураження: чим більший струм, тим більш небезпечна його дія.

Розрізняють порогові значення струму:

- пороговий відчутний струм при змінному 0,6-1,5 м А, при постійному 5-7 м А;

- пороговий невідпускаючий струм - це найменший струм, за якого людина вже не може самостійно керувати м'язами крізь які протікає струм, і звільнитися від захоплених руками предметів при змінному 10-15 м А, при постійному 50-80 м А. При 25-50 м А дія струму поширюється і на грудну клітку, що приводить до утруднення дихання людини. При тривалості дії струму декілька хвилин може наступити клінічна смерть.

- пороговий фібриляційний струм - це струм, що спричиняє при протікання через організм фібриляцію серця. Це відбувається за величини змінного струму 100 м А - 5А, постійного струму 300 м А- 5А.

Гранично допустимий струм, що проходить крізь тіло людини при нормальному (неаварійному) режимі роботи електроустановки, не повинен перевищувати 0,3 мА для змінного струму і 1 мА для постійного.

Величина напруги, під яку потрапляє людина, впливає на тяжкість ураження електричним струмом в тій мірі, що зі збільшенням прикладеної до тіла напруги зменшується опір тіла людини. Останнє призводить до збільшення струму в мережі замикання через тіло людини і, як наслідок, до збільшення тяжкості ураження.

Гранично допустима напруга на людині при нормальному (неаварійному) режимі роботи електроустановки не повинна перевищувати 2-3 В для змінного струму і 8 В для постійного.

Вид та частота струму. Через наявність в опорі людини ємнісної складової, збільшення частоти прикладеної напруги супроводжується зменшенням повного опору тіла людини і, як наслідок, збільшенням величини струму, який проходить через людину. Останнє дає підставу вважати, що тяжкість ураження електричним струмом має зростати зі збільшенням частоти.

Постійний струм в 4-5 разів безпечніший, ніж змінний струм частотою f = 50 Гц. Людина, тримаючи циліндричний електрод в руках, може витримати (за больовим відчуттям) прикладену до неї напругу U<21-22 В при змінному струмі частотою 50 Гц, а при постійному струмі – напругу 100-105 В. Така порівняльна оцінка постійного і змінного струмів справедлива для напруг U<500 В. При напрузі U>500 В постійний струм стає більш небезпечний, ніж змінний частотою f = 50 Гц.

Найбільш небезпечним є змінний струм частотою 20-100 Гц. При змінному струмі частотою f <20 Гц або f>100 Гц небезпека ураження зменшується, а при f = 450-500 Гц вірогідність загальних електротравм майже зникає, але зберігається небезпека опіків дугових за рахунок проходження струму через тіло людини. При цьому струмові опіки спостерігаються на шкірі і прилеглих до неї тканинах — за рахунок поверхневого ефекту змінного струму.

Електричний опір тіла людини – це опір струму, який протікає по ділянці тіла між двома електродами, прикладеними до поверхні тіла. Він складається з опору тонких зовнішніх шарів шкіри, які контактують з електродами і з опору внутрішніх тканин тіла.

Електричний опір тіла людини схематично показано на рис. Опір зовнішнього шару шкіри складається з двох паралельних опорів: активного R_з і ємнісного, який обумовлений тим, що в місці дотику струмопровідної частини до тіла людини утворюється конденсатор з деякою ємністю С_з.

 

RЗ

СЗ

СЗ

RВ

RЗ

Еквівалентна схема опору тіла людини:

R_з – активний опір поверхневого шару шкіри; С_з – ємність утвореного конденсатора; R_в – внутрішній опір тіла людини;

 

Внутрішній опір R_в тіла вважається суто активним. Його значення залежить від довжини і поперечного перерізу ділянки тіла, по якому протікає струм, і становить приблизно 500-700 Ом.

Опір тіла людини змінюється від 1000 до 1000 000 Ом. Він визначається властивостями стану поверхні шкіри людини (вологість, забруднення, потовиділення, порізи). Крім того, опір залежить від стану організму людини та стану нервової системи. Алкоголь різко знижує опір тіла людини. Електричний опір тіла у чоловіків більший, ніж у жінок.

Тіло людини є провідником і діелектриком. Найбільший опір тіла людини чинить шкіра. На місті контакту електрода з тілом утворюється своєрідний конденсатор, однією частиною якого є електрод, другою – внутрішні струмопровідні тканини, а діелектриком – зовнішній шар шкіри.

Шкіра є основним фактором, що визначає опір тіла людини в цілому. Найбільший питомий опір має верхній шар-шкіри - епідерміс роговий шар (змертвілі тканини), товщина його 0,2 мм і залежить від наявності вологи, забруднень, місця прикладення електрода, частоти струму, величини напруги, тривалості дії струму. Пошкодження рогового шару (порізи, подряпини, волога, потовиділення) зменшують опір тіла.

Опір нижніх шарів шкіри і внутрішніх тканин людини є незначний. Опір сухої здорової шкіри без порізів і ударів знаходиться в межах від 2000- 2000000 Ом_·см. Забруднена, волога, шкіра з порізами має опір 500 Ом_·см.

Найменший опір мають внутрішні органи: кров 100-200 Ом_·см., мозок 50-60 Ом_·см..

Залежність електричного опору тіла людини і струму, проникаючого через нього, від значення прикладеної напруги: 1 і 2 – змінний струм частотою 50 Гц; 3 і 4 – постійний струм.

 

Електричний опір тіла людини - величина нелінійна Він знижується із збільшенням напруги і тривалої дії струму, від щільності контакту із струмоведучими частинами, від психофізіологічного стану людини.

Струм який протікає через тіло людини визначається:

Для технічного розрахунку приймають середнє значення опору тіла людини 1000 Ом.

Основними чинниками неелектричного характеру є шлях струму через людину, індивідуальні особливості і стан організму людини, тривалість дії струму, раптовість і непередбачуваність дії струму.

Тривалість протікання струму. Дія електричного струму залежить від часу протікання його через тіло людини. Чим довше протікає струм через організм людини, тим більше зростає ймовірність важкого або смертельного наслідку. Зростання сили струму зі зростанням часу його дії пояснюється зниженням опору тіла людини внаслідок місцевого нагрівання шкіри та подразнювальної дії на тканини.

Під час нагрівання шкіри виділяється піт, який містить сіль, а сіль є добрим провідником. Це спричиняє рефлекторну, тобто через центральну нервову систему, швидку зворотну реакцію організму у вигляді розширення судин шкіри, а відтак, посилене постачання її кров’ю і підвищення потовиділення, що й призводить до зниження електричного опору шкіри у цьому місці.

Наслідки впливу струму на організм полягають у порушенні функціонування центральної нервової системи, зміні складу крові, місцевому руйнуванні тканини організму під впливом тепла, порушення роботи серця, легенів. Найбільш уразливим є серце у фазі серцевого циклу (кардіоциклу), тривалість якого становить близько 0,2 с.

Шлях протікання струму через людини. Шлях має велике значення з огляду на наслідки ураження. Якщо на шляху протікання струму виявляться життєво важливі органи – серце, легені, головний мозок, то небезпека ураження досить велика, оскільки струм безпосе­редньо впливає на ці органи. Якщо ж струм протікає іншим шляхом, то його вплив на ці життєво важливі органи може бути лише рефлекторним.

Найхарактернішими і найбільш поширеними шляхами протікання струму через тіло людини є: голова – руки; голова – ноги; рука – рука; ліва рука – ноги; права рука – ноги; нога – нога.

Існує багато можливих шляхів протікання струму в тілі людини, які називаються петлями. Небезпека петлі оцінюється за значенням струму і через який орган протікає струм. Найбільш небезпечний шлях протікання струму через серце, легені, тобто: голова – руки; голова – ноги; рука – рука; ліва рука – ноги.

Індивідуальні властивості організму людини.

Здорові та фізично міцні люди легше переносять електричні удари, ніж хворі та слабкі.

Особливо сприйнятливими до електричного струму є особи, котрі нездужають на захворювання шкіри, серцево-судинної системи, органів внутрішньої секреції, легенів, мають нервові розлади.

Чинник раптовості дії струму. Вплив цього чинника на тяжкість ураження обумовлюється тим, що за несподіваного потрапляння людини під напругу захисні функції організму не налаштовані на небезпеку. Експериментально встановлено, що якщо людина чітко усвідомлює загрозу можливості потрапити під напругу, то у разі реалізації цієї загрози значення порогових струмів на 30-50% вищі. І, навпаки, якщо така загроза не усвідомлюється, і дія струму проявляється несподівано, то значення порогових струмів будуть меншими.

Чинниками виробничого середовища, які впливають на небезпеку ураження людини електричним струмом, є температура повітря в приміщенні, вологість повітря, запиленість повітря, наявність у повітрі хімічно активних домішок тощо.

Із підвищенням температури повітря посилюється потовиділення, зволожується одяг, взуття. Це призводить до зниження опору на ділянці включення людини в електричну мережу.

Вологість повітря аналогічно впливає на опір на ділянці включення людини в електричну мережу. Крім того, підвищення вологи знижує опір ізоляції електроустановки, що є одним із важливих чинників електробезпеки.

Запиленість повітря, особливо струмопровідним пилом, також негативно впливає на опір ізоляції установки, сприяє переходу напруги на неструмовідні частини установки, коротким замиканням тощо і, таким чином, підвищує небезпеку електротравми.

Забруднення повітря хімічно активними речовинами, а також біологічне середовище, що у вигляді плісняви утворюється на електрообладнанні, негативно впливає на стан ізоляції електроустановок, зменшує опір на ділянці включення людини в електромережу за рахунок зниження перехідного опору між струмовідними частинами і тілом людини і, таким чином, підвищує небезпеку ураження електричним струмом.

1. Класифікація приміщень за електричною небезпекою

Категорія приміщення визначається наявністю в приміщенні чинників підвищеної або особливої небезпеки електротравм. До чинників підвищеної небезпеки належать:

- температура в приміщенні, що впродовж доби перевищує 30°С;

- відносна вологість більше 75%, але менше повного насичення (100%);

- струмопровідна підлога — металева, бетонна, цегляна, земляна тощо;

- струмопровідний пил;

- можливість одночасного доторкання людини до неструмовід-них частин електроустановки і до металоконструкцій, що мають контакт із землею.

До чинників особливої небезпеки електротравм належать:

- відносна вологість близька до насичення (до 100%);

- агресивне середовище, що пошкоджує ізоляцію.

За характером виробничого середовища всі приміщення згідно Правил будови електроустановок (ПБЕ) поділяють на три категорії:

1. Приміщення без підвищеної небезпеки -це сухі, не запилені приміщення з нормальною температурою та відносною вологістю, не струмопровідними підлогами. Приміщення без підвищеної небезпеки характеризуються відсутністю умов, що створюють особливу або підвищену небезпеку.

2. Приміщення з підвищеною небезпекою характеризуються наявністю однієї з наступних умов, що створюють підвищену небезпеку: високої відносної вологості повітря (перевищує 75 % протягом тривалого часу); високої температури (перевищує 35° С протягом тривалого часу); струмопровідного пилу; струмопровідної підлоги (металевої, земляної, залізобетонної, цегляної тощо); можливості одночасного доторкання до металевих елементів технологічного устаткування чи металоконструкцій будівлі, що з'єднані із землею та металевих частин електроустаткування, які можуть опинитись під напругою.

3. Особливо небезпечні приміщення характеризуються наявністю однієї із умов, що створюють особливу небезпеку: високої відносної вологості повітря (близько 100 %), хімічно активного середовища; або одночасною наявністю двох чи більше умов з другої категорії.

За чинниками виробничого середовища ПУЭ виділяють такі типи приміщень:

- нормальні – сухі приміщення, в яких відсутні ознаки спекотних та запилених приміщень та приміщень з хімічно активним середовищем;

- гарячі, температура в яких впродовж доби перевищує +30 ⁰С;

- сухі, відносна вологість в яких не перевищує 60%, тобто знаходиться в межах оптимальної за гігієнічними нормативами;

- вологі, відносна вологість в яких не перевищує 75%, тобто знаходиться в межах допустимої за гігієнічними нормативами;

- сирі, відносна вологість в яких більше 75%, але менше вологості насичення;

- особливо сирі, відносна вологість в яких близька до насичення, спостерігається конденсація пари на будівельних конструкціях, обладнанні;

- запилені, в яких пил проникає в електричні апарати та інші споживачі електроенергії і осідає на струмовідні частини, при цьому такі приміщення діляться на приміщення зі струмопровідним і неструмопровідним пилом;

- приміщення з хімічно агресивним середовищем, в яких постійно або протягом тривалого часу виділяються випари хімічних речовин, які поступово діють руйнівно на ізоляцію та струмопровідні частини обладнання, або біологічним середовищем, що у вигляді плісняви утворюється на електрообладнанні.

Оскільки наявність небезпечних умов впливає на наслідки випадкового доторкання до струмопровідних частин електроустаткування, то для ручних переносних світильників, місцевого освітлення виробничого устаткування та електрифікованого ручного інструменту у приміщеннях з підвищеною небезпекою допускається напруга живлення до 36 В, а в особливо небезпечних приміщеннях — до 12 В.

Із наведеного видно, що класифікація приміщень за небезпекою електротравм враховує тільки особливості цих приміщень, стан їхнього середовища і не враховує електротехнічних параметрів електроустановок.

Категорія приміщень є одним з основних чинників, які визначають вимоги щодо виконання електроустановок, безпечної їх експлуатації, величини напруги, заземлення (занулення) електроустановок. Умови поза приміщеннями прирівнюються до особливо небезпечних.

1. Двохфазне та однофазне включення в електричну мережу

Аналіз небезпеки електричних установок зводиться до визначення струму, який проходить через тіло людини. Можливі різні варіанти потрапляння людини під напругу внаслідок дотику до струмоведучих частин електричних мереж, не струмоведучих частин електричних установок, які опинились під напругою внаслідок пошкодження ізоляції або при „кроковій” напрузі.

Електричні мережі бувають постійного та змінного струмів. Мережі змінного струму бувають однофазні та трифазні, які найбільше поширені.

Нейтраль мережі може бути ізольованою або глухозаземленою в залежності від режиму нейтралі трансформатора або генератора.

Ізольованою називається нейтраль трансформатора або генератора, яка не приєднана до заземлювального пристрою, або приєднана до нього через апарати з великим опором (трансформатор напруги, компенсаційні котушки).

Глухозаземленою називається нейтраль трансформатора або генератора, яка приєднана до заземленого пристрою безпосередньо або через апарати з малим опором (трансформатори струму).

Схеми ввімкнення людини в електричну мережу але найчастіше бувають такі:

1. Двофазне ввімкнення людини в електричну мережу.

2. Однофазне з ізольованою нейтраллю.

3. Однофазне з глухозаземленою нейтраллю.

4. Дотик до заземлених не струмоведучих частин, які опинилися під напругою.

Випадки ураження людини електричним струмом можливі лише під час замикання електричної ланки через тіло людини, тобто через дві точки.

Небезпека такого дотику оцінюється струмом, який проходить через тіло людини, або ж напругою дотику і залежить від ряду факторів:

- схеми включення людини в коло;

- напруги мережі;

- схеми мережі;

- режиму нейтралі мережі;

- ступеня ізоляції струмоведучих частин від землі;

- значення ємності струмоведучих частин від землі.

А В С

Двофазне (двополюсне) ввімкнення людини в мережу

а б

Схема двофазного доторкання: а - у мережі постійного або однофазного змінного струму, б - у трифазній мережі.

При двополюсному доторканні до струмоведучих частин сила струму I_Л, що проходить через тіло людини визначається за формулами:

- для мережі постійного або однофазного змінного струму: ;

- для трифазної мережі: ,

де U_роб - робоча напруга мережі;

U_ЛІН - лінійна напруга мережі;

U_Ф - фазна напруга мережі, ;

R_л – опір тіла людини.

Для більшої наочності визначаємо силу струму, що може протікати через тіло людини при двофазному доторканні у трифазній мережі з лінійною напругою :

м A= 0,38 А.

Двофазне включення є найбільш небезпечним, оскільки I_Л залежить лише від напруги мережі та опору тіла людини. Такі випадки трапляються досить рідко і є наслідками порушення правил техніки безпеки.

С В А

С В А

Однофазне ввімкнення людини в мережу

а б

Схема однофазного доторкання під час нормального режиму роботи у трифазній мережі з глухозаземленою нейтраллю – (а); з ізольованою нейтраллю – (б).

 

Під час однофазного доторкання у трифазній мережі з ізольованою нейтраллю (рис. б) струм, що протікає через тіло людини буде меншим, ніж при аналогічному доторканні у мережі з глухозаземленою нейтраллю (рис а). Це пов’язано з тим, що до загального опору електричного кола ще додається опір ізоляції () та ємностей () фаз.

У такій мережі напругою до 1000 В коли значення опору ізоляції всіх трьох фаз рівні , а ємнісним опором можна знехтувати , то струм, що протікає через людину дорівнює:

, м А

де, R_oc – опір основи; R_вз – опір взуття; R_із – опір ізоляції.

За неполадок ; ;

мА.

Струм протікає через опір ізоляції та ємності фаз.

У мережах з ізольованою нейтраллю наслідки ураження залежать від опору ізоляції тієї фази, до якої доторкнулась людина.

У мережі з заземленою нейтраллю струм протікає через тіло людини в землю і далі - через заземлення нейтралі - в мережу. Струм, який протікає через тіло людини, визначають за формулою:

= ,

де, R₀ – опір робочого заземлення нейтралі.

Опором робочого заземлення нейтралі (R₀<10 Ом) можна знехтувати порівняно з опором людини, отже,

Як бачимо мережа з глухозаземленою нейтраллю є більш небезпечною ніж з ізольованою.